異名磁極吸引你

兩束方向相反的光，對其中一束光而言，另一束光的速度是二倍光速嗎？

能找到的所有物理課本上，光速是一個常數，它不隨光源速度的改變而改變，無論怎樣改變光源的運動速度，即使兩速相對的光相向而行，它們之間的速度依然還是光速，是不是有些懵逼？無論如何，誰看到這樣的結果都是震驚的，下文我們不討論晦澀難懂的理論，先來舉兩個案例，來證明下光速到底會不會隨光源速度變化的！

第一個案例：思想實驗的因果律表示光速不變

這個案例來自於某篇科普音頻，種花家覺得很有道理，在這裡介紹給各位，假設的條件是這樣的：

假設一個人對著另一個人開槍，那麼被槍擊者會看到這樣一個過程，被害人會看到兇手扣動扳機，然後擊錘重重的敲擊在子彈的底火上，最後看到子彈從槍口狂奔而來，擊中被害人，這就是光速不變條件下的過程！那麼假如光速會隨著光源速度變化時又會是個怎麼樣的過程呢？

被害人可能會先看到子彈朝這他飛過來，因為光速隨光源變化嘛，子彈速度很快，因此子彈上的光會先到達被害人眼睛裡，然後再看到扣動扳機，因為扣動扳機的光比較慢，光源基本靜止的，最後則看到則是擊錘的動作！

各位有沒有發現，因果律變了，子彈先到，後扣動扳機，再是擊錘的動作！所以第一個案例告訴我們，光速不變維護了因果律！

第二個案例：雙星觀測證明光速不變

在夜空中有很多這樣的天體，就是兩顆恆星互相環繞公轉，在我們地球上觀測看來，除非是公轉平面垂直地球方向，否則我們必定會看到一顆恆星靠近地球時，另一顆恆星必定是遠離地球的！當前光速不變的條件下，我們看到的雙星都是清晰可辨的！那麼假如光速會隨著光源變化呢？

如果光速會隨光源變化，那麼雙星看起來就是一團朦朦朧朧的光，因為同一顆恆星在於地球速度相對速度不同同情況下發出的光會先後到達，所以兩顆恆星的光可能混在一起，讓我們看起來分不清到底是哪顆恆星發出的光，而直接表現就是一團朦朧！

幸虧我們這個宇宙的光速遵守光速不變理論，要不然有太多的天體會因為光速隨光源變化而看不清！那樣的話，很多秘密就會被宇宙吞沒了

光速不變的發現歷史

我們先給出了結果，然後再來追溯下歷史。經典力學中的速度疊加公式叫做伽利略變換，原理很簡單，比如你在一列時速300千米的高鐵上以10千米時速步行，那麼你相對於地面的速度就是310千米/小時，這是我們中學就學到過的硬道理！這個變換是建立在牛頓絕對時空觀的基礎上，但愛因斯坦的廣義相對論告訴我們，時空並不是鐵板一塊，而是會受到引力影響，因此經典力學在19世紀受到了各種挑戰。

首先發難的就是水星進動問題，勒維耶用150年的水星觀測記錄和計算值相比，結果發現了觀測與計算的差異，儘管是一個極小的數字，但勒維耶並沒有忽略，糾著這一點點“誤差”不放，結果就是差點把牛頓從神壇上頂下來的著名水星進動問題！

第二個則是麥克斯韋在十九世紀六十年代發佈的一組四個方程組，其中最後一個描述的是變化的磁場產生電場，而麥克斯韋的發現就是變化的電場也能產生磁場，這產生的會是一個無限循環的電磁波，不過我們今天說的倒不是這電磁波，而是從個公式能推導出電磁波的速度就是一個常數！當然那會對電磁波是不是光還有點糊塗，但麥克斯韋認為電磁波就是光。

第三個則是1887年的邁克爾遜-莫雷的以太漂移實驗零結果，儘管洛侖茲給出了洛侖茲變換來解釋為什麼會零結果，但洛侖茲卻沒有拋棄以太這個概念，使得他與狹義相對論失之交臂！

因為愛因斯坦的光速不變拋棄了以太這個概念，另一個同時性的相對性則來自於龐加萊的本地時以光速同步，另外狹義相對論效應的長度變換就是洛侖茲變換，因此愛因斯坦曾經說過，如果他不推出狹義相對論，那麼最晚5年內也會有人推出來，這個人有可能是洛侖茲，也有可能和龐加萊一起！

上圖為洛侖茲公式的變換，有興趣的朋友可以去了解下其推導過程，如果沒興趣那麼就相信數代科學家心血得來的光速不變理論即可。

當然上文中的水星進動是下一相對論解決不了的，必須要用到廣相的時空觀，只有廣相才能解決水星進動的問題，但這不是光速不變的範圍，本文就不展開了。

星辰大海路上的種花家

有一件事情是人盡皆知的：兩輛時速50公里的汽車相向而行，它們相對於對方的時速就是100公里，這一點毫無疑問。

然而兩束相對而行的光，相對於對方仍然是光速，而不是兩倍光速。

實際上，即便兩束同向而行的光線，相對於對方也仍然是光速，而不是靜止的，這就是所謂的光速恆定原理，它的確是一個顛覆我們固有認知的事情。

最先思考和解決這個問題的人是愛因斯坦，在他之前，物理學家已經根據麥克斯韋方程組得出了光速恆定原理；與此同時，物理界卻又存在著相對運動原理。

這兩條相互矛盾的理論引起了愛因斯坦的疑惑，要麼其中一個理論是錯誤的，要麼就是某種未知因素導致了這種“矛盾”。

正是由於弄明白了這個問題，狹義相對論得以問世了，愛因斯坦利用時空膨脹的理論完美的解決了這個矛盾。

在狹義相對論中，愛因斯坦是利用火車上的人扔石頭來表述時空膨脹的問題的。

他說，假如一個人在一輛高速運動的火車上鬆開手扔下一塊石頭，而非用力拋出去，那麼在這個人的眼裡，石頭將垂直落到地板上，它的運動距離就是手掌到車廂間的垂線距離。

可是，在火車下面的人看來，石頭並不是垂直落下的，而是沿著一條很長的斜線落下的，在這種情況下，它所運動的距離自然也就更長。

同一塊自由落體的石頭，怎麼可能在同一時間下即走了更短的路徑，又走了更長的路徑呢？

愛因斯坦的解釋是：因為火車上的時空膨脹了，也就是火車上的時間流速變慢了。這就是說，速度會導致時間流速變慢。

關於速度致使時間變慢這一點，儘管在當時僅僅只存在於理論，但是今天早已被現實實驗以及衛星的時間流速證實了。因此，速度和時間流速之間的關係已經是板上釘釘的事情了。

<strong>那麼，這件事跟光速恆定有什麼關係呢？

因為當速度趨近於光速時，時間流速的差異將變得極其明顯；當速度完全達到光速時，時間就徹底靜止了；當速度超過光速時，時間就倒退了。

這也就表示光線在空間中運動是完全不消耗時間的，如果換一個角度來理解，可以想象為光線在時間的維度中是靜止不動的。

兩條時間靜止的光線，無論相向而行還是同向而行，它們的時間始終是靜止的，因此光速永遠恆定。

科學矩陣

不是二倍光速，我上大學的時候大學課本里面有，但是仔細看的人不太多，當時舉的例子是在在運動的火車上測量光速。我長話短說，就是無論是人相對光源動還是不動，用設備測量的光速都是一樣的30萬公里每秒。我想強調第一點就是你首先得承認這是一個事實，雖然他用經典時空體系很難解釋，我們平時接觸的都是遠低於光速的物體，那時候我們算這類問題很簡單簡單的加減法就行了，但現在我們卻無法再用這個方法解釋了；第二有人把這事給解釋了，他就是愛因斯坦，他用的方法是假設每一個運動的物體都有自己的時間，在這個時間體系裡每個物體自己的時間快慢都沒有任何問題，但是看別人的時間都不標準，有具體公式，簡單說就是動鍾變慢效應。你可以這樣來理解這一效應，就是你自己覺得自己對別人不對，但別人也覺得自己對別人不對，但實際上你倆都對，只不過立場不一樣，我亂舉的例子，但是好用的，哈哈。再來個嚴謹的說明，倆個相對運動的人，你覺得自己的時間快慢正常，別人也覺得自己的時間快慢正常，但是你倆看對方的時間都不正常。再補充一個還有動尺變短效應，有願意琢磨的，可以想想時間和長度如果都變了，它們相除得到的速度也就是光速不變就很好解釋了。好了，只能解釋到這程度了，物理還是需要自己慢慢學習與體會的。

大型擼射航空公艦

當年愛因斯坦的相對論一出，有記者曾經採訪天文學家愛丁頓博士，問他是不是當時世界上僅有的三個能理解相對論的人之一，愛丁頓認真的思考後回答“我正在想誰是第三個人呢。”所以，題主在一百年後，仍舊對相對論感到迷惑，其實也是可以原諒和理解的。

詭異相對論

相對論的概念，從它誕生開始就一直透著詭異的味道，那是因為我們在正常的生活中，根本沒有機會直接應用和感受到。我相信大部分同學，終其一生，都不可能獲得接近光速飛行的機會，可以直觀去感受一把，所以一直以低速宇宙的牛頓力學，來硬套相對論。我再強調一次，在接近光速的運動，以及光速運動的時候，同學們一定要把牛頓力學的固有認知扔掉！這時候，適用鐘慢尺縮原理，空間、時間都會改變，唯有光速不變！所以，不存在光速疊加，也沒有光速對減。光速不變。

相對論的推導

很多同學都把E=mc2，等同於相對論本身。覺得你一直強調相對論怎麼複雜怎麼難以理解，這不是一個小小等式就看完了嗎？說不定，我們哪天腦子一抽，就也發明了第二次相對論也未必哦。

那我也不做多餘的解釋，我給一個相對論求解的表達式，大家試試也來靈光一閃，看看有什麼新的推論？

好了，這個我不展開，如果仍舊有自信的同學，在回覆中我們再自行深入探討一下靈光一閃的問題。

相對論的實證

牛頓的理論，到今天，我們仍舊在大量的應用，測出地球的三圍、預測行星的軌道，簡直無所不能，為什麼呢？因為人類仍舊大部分時間在處理低速宇宙的問題，並且計算簡單啊——雖然用相對論一樣可以得出相同的解。

愛因斯坦呢？在高端的宇宙探索中，不斷的證實著牛頓宇宙無法到達的邊界，愛伊斯坦到達了。

最著名的就是“赫爾斯-泰勒”根據相對論推測的脈衝星系統，觀測到引力波存在證明，使廣義相對論精確度和實驗結果吻合到10的負十四次方——堪稱物理歷史上最精確的理論沒有之一！

結語

很多同學問，那麼相對論的直接應用呢？正如麥克斯韋當年回答電有什麼用？——“你問一個剛出生的嬰兒，他現在有什麼用”？

貓先生內涵科普

兩束光相背而行，相對於其中的一束光，另外一束光的速度仍然為光速，而不是二倍光速。 這個結論跟我們根深蒂固的思想相違背，為什麼不是二倍光速哪？

但是自愛因斯坦提出狹義相對論後速度合成公式變了，如下的形式：

當u和v速度非常小，遠小於光速的時候上邊圖片中的公式，就變成了w=u+v。但是當它們的速度接近於光速的時候，公式就不可以化繁為簡了，因為誤差會變大。當兩束光相向而行，即：u=v=c，最終得到合成後的w=c。

實際上這個速度合成公式，本質上是在光速不變的基礎上推導而出，最後再用公式反過來證明光速不變，看起來就像文字遊戲一樣。當然了這也是物理公式的“自洽性”。

科學黑洞

相對速度的計算是我們每個人都會的，日常生活中計算相對速度只需要把兩個速度相加就行了

委實說這種想法並沒有什麼錯，畢竟日常生活中的相對速度都是這個道理，但這只不過是人類一直生活在低速運動狀態下的“固有想法”而已，愛因斯坦之所以說“光速不變且不可被超越”是因為他想的是“高速運動狀態”

人類在討論速度的時候總需要找一個參照系才能把速度“參照”出來，但光速的“每秒三十萬公里”並不需要參照物，因為麥克斯韋當年統一電和磁的時候得到了一個可以直接計算光速的公式，由於公式兩個參數都是常數因此光速並不會因為參照系的變化而變化。

日常生活中用到V1+V2來計算相對速度的辦法在物理上叫伽利略變換，但伽利略變換隻是洛倫茲變換的近似罷了，就像萬有引力定律是廣義相對論的近似一樣

不過“光速不可被超越”只限於攜帶信息的情況下，因此不攜帶信息的宇宙膨脹和量子糾纏本身雖然超光速，但並不違反狹義相對論，愛因斯坦也沒有錯。

宇宙探索未解之迷

簡單回答，因為光不能作為參照系，如果作為參照系，狹義相對論中的兩天原理就不能成立。當然用世界線的概念解釋得更清楚，不會比較燒腦麻煩，有興趣的朋友可以瞭解下！

如果你非得要選光作為參照系，也不是不可以，只要記住一點：光速不變原理，一切都迎刃而解，而不是自己給自己挖坑，讓自己陷入到牛頓的經典力學和絕對時空觀中不能自拔！在任何參照系下光的速度都是光速，很簡單，不要想那麼複雜！

同時，也有公式課題計算，那就是洛倫茲變換。而通常我們用到的速度相加或相減的方法是伽利略變換，它只是洛倫茲變換的特例，在低速狀態下的近似值而已！

就好比問題中的疑問，假設光可以作為參照系，也沒問題，但計算相對速度時已經不能用簡單的速度相加就可以了，不是c+c=2c這麼簡單，這是伽利略變換，只是低速狀態下才適用，亞光速時必須用洛倫茲變換：

可以用上面的公式計算下，最終的速度w仍舊是光速，而不是兩倍光速！

就像你那些手電筒以5米每秒的速度奔跑，靜止的我看手電筒的光仍舊是光速，而不是光速+5米每秒，道理是一樣的！

最後說一點，莫用牛頓的絕對時空觀去思考光速問題！光速不變意味著時間和空間的變化，時間空間都變了，當然牛頓的絕對時空觀就不適用了！

宇宙探索

在人類社會中，大致有三種不同類型的人際關係。

其一是在現實的生活中，一個人的行為會受到其周圍人群的影響與約束，具體表現為其行為必須符合當時的社會道德與法律；

其二是旁觀者的觀察，觀察者可以同時調研不同階層的人是如何生活的，這些不同群體的人並不會因為有人觀察而相互影響；

其三是某一層次的人觀察另一群體的生活，其會因為階層的隔閡而無法看清全貌，甚至會因為偏見而不能客觀地認識自己所看到的人與事。

在自然界也是如此，也存在著影響物體運動的物理背景。比如，水會影響魚🐟的遊動、空氣對鳥🐦的飛行也會產生較大的阻力。

而最為本底的物理背景，是由不可再分的最小粒子，即是由普朗克常數h定量的量子，所構成的量子空間。

在我們的宇宙中，任何物體的運動都難逃量子空間的影響與束縛，表現為受到空間量子的不對稱碰撞💥。

因此，類似人類社會的三種人際關係，對物體運動速度的影響也有相應的三種不同性質的關係。

其一是物體的運動會受到量子空間的影響，速度越大，空間量子的不對稱碰撞也會越多。於是，其在達到光速之前，就會因量子空間的擠壓而解體。所以，任何物體的運動速度都無法達到光速。

其二是旁觀者對不同物體運動的觀測。由於兩個不同物體的運動是彼此無關的，它們只是各自受到量子空間的影響。所以，兩者的相對速度可以超過光速，但至多不會超過兩倍的光速；

其三就是題主問到的，運動的一方觀察另一方的運動。由於受到量子空間傳播速度的限制🚫，當兩者的速度超過光速時，就脫離了彼此的視野，看不見對方了。

總之，由於存在著物理背景，存在著由最小粒子構成的量子空間，物體的運動會受到限制。而且，只有相對於物理背景的運動才具有實際的物理意義。

因此，對於兩束反向發射的光，在旁觀者看來它們的相對速度是二倍光速；而對於其中的某一束光來說，根本就不存在另一束光；然而，作為物理背景的量子空間，則只會分別限制不同的光子運動。

淡漠乾坤

在我的理解裡，時間就是運動的一種附屬性質，是人們用來描述運動與空間關係的一種定義，我們先想象一下一個物體時間停止，也就是這個物體所有的基本粒子停止震盪運動和衰減，之間相對位置完全固定下來，不與外界產生任何能量交換，溫度也達到絕對零度，這時，可以認為這個物體死了，時間也停止了。然而現實裡，所有的物體之間都會發生能量交換，引力影響，所以沒有什麼物體能獨立與整個宇宙，它的時間也就沒法獨立出去，時間就變成了宇宙所有物質共同運動產生的性質，愛因斯坦相對論裡的時間也經不是傳統意義上的時間，它只是描述相對運動物體相互觀察得出的運動變化，注意是觀察得出的，不是絕對時間，舉個例子，中子星脈衝週期是固定的，我們假設它每個週期是1秒，如果此時一個以接近光速的飛船遠離它飛行，在飛船上的人會觀察到中子星脈衝週期變成了10秒，得出結論，時間變慢了，然而在上帝視角來看，中子星脈衝週期依然是1秒，而飛船上的人時間也沒有變快變慢，唯一的變化，是當一個物體以接近光速運動時，卻以光去觀測其他物體會產生巨大的誤差，就像我們用聲音去觀察接近音速的飛機，你聽見飛機還在這一頭，睜開眼，發現飛機實際上已在另一頭了，靠聽覺判斷的飛機位置實際上是過去飛機的位置，那麼你怎麼靠聽力來得出飛機實際位置呢？這時你會根據音速和飛機高度飛機速度，用一個公式加以修正得出飛機實際位置。所以用光速去測定接近光速的運動必然會產生巨大誤差，而愛因斯坦相對論就是用來修復這個誤差的。

回到問題本身，假設兩架飛船以光速c相反方向運動，在上帝視角來看，它們每秒相互遠離的確就是2c，但站在飛船上的人彼此觀察，得出的結論是雙方以1倍光速在相互遠離，因為它們彼此觀察到的都是對方過去的信息，他們由此得出結論時間變慢了……

綜上所述，由於宇宙所有物質都會發生相互運動相互影響，是能有一個上帝視角的絕對時間流逝來描述運動變化的，而相對論中的時間變化，實際上是用來修正用光來觀測高速運動物體的測量差，量子糾纏是超光速的，無論相隔多少光年都能瞬時感應，那麼，當我們能使用量子糾纏作為通信工具時，在飛船上的兩方可以實時通信，並不會發現對方的時間變慢或者變快了……

tigerwings

結論：不可能是二倍光速2C，還是光速C。

如果不瞭解愛因斯坦的狹義相對論或者洛倫茲變換，一般會算出2c，因為“伽利略變換”告訴我們v '= v + u=c+c=2c。如果瞭解狹義相對論，就會知道伽利略變換是針對宏觀低速狀態，即速度遠遠小於光速。

狹義相對論與洛倫茲變換

狹義相對論是基於洛倫茲變換推導出來的，可以說沒有洛倫茲變換，有可能就沒有愛因斯坦的相對論，下圖為兩個相對慣性座標系x軸、y軸、z軸，速度變換公式，也是通過“洛倫茲變換”推導而來，適用於高速運動狀態。看不懂、聽不懂沒關係，只要記住高速用這個公式就行，低速也可以用，因為它是最精準的解，伽利略變換隻是低速的近似解。

洛倫茲變換不是一個篇幅就能解釋

在宏觀低速的情況我們用大家都知道的近似公式———伽利略變換

而在高速的情況下我們用準確的公式————洛倫茲變換

什麼是洛倫茲變換？

在19世紀，麥克斯韋電磁方程組出世，給人類帶來了巨大的科學進步，也帶來了巨大的疑惑。1904年，荷蘭物理學家、數學家——亨德里克·安東·洛倫茲。他在研究電和磁時，發現電磁效應與”經典物理概念“相牴觸，伽利略變換和麥克斯韋方程組的得出的結果不一樣。

如果通過用伽利略變換來解時，光速在真空中將不是一個常量。這個因素會使電磁效應不成立。

當時的洛倫茲也認為麥克斯韋是正確的，那問題就是出在了伽利略變換上。從我們現在來看，的確是這樣的，有點馬後炮的感覺。為了解決這個問題，洛倫茲利用他高超的數學技巧，通過微積分推出了一個變換式，如果改用這個變換式和麥克斯韋方程組就不矛盾了。於是這個變換式就叫洛倫茲變換。這個變換這裡就不推導了，有興趣的同學可以查查資料，不是一個篇幅能寫出來的。

這個變換在現在來看是違背常理的。通過這個變換是可以推導出上圖中的公式，即物體在高速運動時，物體的尺寸會收縮。這也是後來愛因斯坦相對論中的“鐘慢尺縮”效應，有沒有抄襲的感覺。洛倫茲之所以與相對論失之交臂，很大原因是他歲數大了，像穩穩退休，不願意去推翻以前大家都認為是對的事，而愛因斯坦還年輕敢說敢創新。物體尺寸會因為速度而改變？當時的科學家們也覺得這個變換式很荒謬。不過好在，洛倫茲不是一個人在戰鬥，早在他之前已經有實驗證明他的變換式是正確的——邁克耳孫－莫雷實驗。

洛倫茲變換的出現也使默默無聞的愛因斯坦受啟發，才有了狹義相對論。

下面我們感受一下洛倫茲變換與伽利略變換的差別

兩束方向相反的光，對其中一束光而言，另一束光的速度是？因為都速度是光速，所以屬於高速，用洛倫茲變換公式，光速為c 即v=u=c代入

所以結果還是c

對比一下低速時，伽利略與洛倫茲的區別：

日常生活中，我們都處於低速狀態，你往前v = 5m/s，我往後u = 5m/s，我相對於你的速度是： 伽利略變換： v’=5+5=10

光速c=30萬km/s=300000000m/s，咱倆還是5m/s，帶入洛倫茲變換的分母

因為vu/c^2都小數點後面十多個位了，意義已經不大了，所以忽略為0

即 (1 + uv/c^2)= （1+0）

代回洛倫茲變換 v’=(v + u) / (1 + uv/c^2)=（5+5）/(1+0)=10

我們可以發現洛倫茲變換和伽利略變換結果一樣。

差別在哪?

洛倫茲變換多了個分母 （1+ uv/c^2）

當u和v遠小於光速時，uv/c^2幾乎可以忽略不計，分母趨近於1，那個這個分母沒有意義，直接算分子就可以了。分子就是伽利略變換,所以伽利略變換適用於宏觀低速。

當u和v趨近於光速時，分母趨近於2，當速度為光速時，分母為2，相當於把伽利略變換除於2，誤差很大，所以”伽利略變換“不適合高速。

再驗證一下

當這兩個飛船都為c/2時，

伽利略變換：v=c/2+c/2=c

通過洛倫茲變換 v’=(v + u) / (1 + uv/c^2)=0.8c

當速度為光速一半時，這個誤差已經非常大了。所以又回到上面那句話：

我們可以把伽利略變換看成，低速狀態下的洛倫茲變換的快速算法。想要準確用洛倫茲變換。

不知道你們理解了沒？

關鍵字: 一束 光速 科學